Ich habe mal diese einfache Balancerschaltung aufgebaut und in letzter Zeit mit einigen Notebook- und RC-Akkuzellen getestet und finde bis jetzt keine Probleme. Im Prinzipschaltbild sind Zener eingezeichnet, die durch die Schaltung mit TL431 und BD140 ersetzt bzw. nachgebildet werden. 1. Ideen für einen besseren PNP oder P-Kanal Transistor/FET? Wenn FET, müsste es vermutlich ein Logiclevel Typ sein. 2. Ist da irgendwo ein grundsätzlicher Denkfehler? Klar, das die Ladespannung Vcc bei (4*4.2) 16.8V max. liegt. Der R ist ein Begrenzer für Imax.
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Matthias Sch. schrieb: > Ich habe mal diese einfache Balancerschaltung aufgebaut und in letzter > Zeit mit einigen Notebook- und RC-Akkuzellen getestet und finde bis > jetzt keine Probleme. Hast du mal eine U-I-Kennlinie aufgenommen? Wie sieht die aus? Weil die BE-Strecke Teil des Reglers ist: wie stark wirken sich Temperaturschwankungen auf die Konstanz der "Zenerspannung" aus? Die Abgleichanweisung "Adjust R2 for 4.2V on terminals" sollte auf jeden Fall noch um den dabei fließenden Strom erweitert werden. Denn bei 100uA Abgleichstrom leitet der Transistor noch nicht, und die eingestellte Spannung wird falsch sein (und das fatalerweise in die falsche Richtung)...
zu 1. Du hast keinen Ladestrom angegeben, daher kann man zu Wahl des Transistors nicht viel sagen, aber der BD140 hat bei 1A nur noch eine Stromverstärkung von etwa 10da dürfte es Schwierigkeiten geben. Der 2SB772 hat bei 2A noch 100-fache Stromverstärkung. zu 2. Nein. Allerdings braucht der TL431 normalerweise eine bestimmte Kapazität an A-K um stabil zu sein. Und der BD bringt auch noch zusätzliche Verstärkung in den Regelkreis. Man sollte daher mal über die Stabilität der Schaltung nachdenken, bzw. diese überprüfen.
Willst du wirklich den Akku mit 2k2 belasten ? Trennst du den Balancer direkt nach dem Laden ? Du brauchst einen TL431B wegen der Genauigkeit, und solltest das Trimmpoti nicht auf den ganzen Bereich einstellbar machen, sondern genauer nur in der Gegend 4.2V->2.5V mit 2 Widerständen an den Enden.
> Weil die BE-Strecke Teil des Reglers ist: wie stark wirken sich > Temperaturschwankungen auf die Konstanz der "Zenerspannung" aus? Praktisch gar nicht, weil die Schaltung ein geschlossener Regelkreis ist und die Zenerspannung mit dem Faktor 4,2/2,5 auf die Genauigkeit der Referenzspannung des TL431 ausgeregelt wird.
ArnoR schrieb: > Praktisch gar nicht, weil die Schaltung ein geschlossener Regelkreis ist Das sehe ich aber nicht so, denn der TL431 wird nicht auf 4,2V eingestellt, sondern auf 4,2V-Ube (sonst würde der Transistor erst bei 4,7V zu leiten beginnen). Und damit ist diese Ube direkt als Fehlerquelle in der Regelstrecke...
> Das sehe ich aber nicht so, denn der TL431 wird nicht auf 4,2V > eingestellt, sondern auf 4,2V-Ube (sonst würde der Transistor erst bei > 4,7V zu leiten beginnen). Und damit ist diese Ube direkt als > Fehlerquelle in der Regelstrecke... Nein, der TL431 bekommt über R2 einen Teil (2,5/4,2) der Zenerspannung und stellt seinen Kathodenstrom so ein, dass die rückgeführte Spannung am Ref-Pin immer 2,5V ist. Daher ist die Zenerspannung Uz=4,2/2,5*Uref.
Zusatz: Die Spannung Uak, am TL431 ist diesem weitgehend egal, er regelt primär seinen Kathodenstrom, aber nicht die Kathodenspannung.
ArnoR schrieb: > Nein, der TL431 bekommt über R2 einen Teil (2,5/4,2) der Zenerspannung > und stellt seinen Kathodenstrom so ein, dass die rückgeführte Spannung > am Ref-Pin immer 2,5V ist. Daher ist die Zenerspannung Uz=4,2/2,5*Uref. Richtig. Schlags kaputt, da hab ich mich verguckt... :-/ Die Schaltung ist in etwa die bekannte Power-Zenerdiode, nur mit einer Transistorstufe weniger: http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/powzen.htm
ArnoR schrieb: > Der > 2SB772 hat bei 2A noch 100-fache Stromverstärkung. Das ist ein guter Tipp, denn es gibt für meine Begriffe noch eine zu starke Abhängigkeit der Zenerspannung vom durchfliessenden Strom. Eine höhere Vestärkung würde das vermutlich steiler machen, deswegen auch die Überlegung, einen FET zu nehmen. Ich habe (mit umgedrehter Schaltung) auch schon NPN probiert, das ist prektisch das gleiche. ArnoR schrieb: > Man sollte daher mal über die > Stabilität der Schaltung nachdenken, bzw. diese überprüfen. Richtig, habe ich vergessen, einzuzeichnen. Da sind noch 10µF über der Zelle. MaWin schrieb: > willst du wirklich den Akku mit 2k2 belasten ? Ja - ist das ein Problem? Die Last ist mit den nicht mal 2mA doch sehr klein? Der TL431 ist da allerdings sehr tolerant und ein 47k Poti sollte genauso gehen. > Trennst du den Balancer direkt nach dem Laden ? Sollte ich? Lothar Miller schrieb: > Weil die BE-Strecke Teil des Reglers ist: wie stark wirken sich > Temperaturschwankungen auf die Konstanz der "Zenerspannung" aus? Der 431 selber ist ja temperaturkompensiert und bezieht den Transistor in die Regelschleife mit ein. Die BE Strecke sollte dann doch mitkompensiert werden? MaWin schrieb: > Du brauchst einen TL431B wegen der Genauigkeit, > und solltest das Trimmpoti nicht auf den ganzen > Bereich einstellbar machen, sondern genauer nur > in der Gegend 4.2V->2.5V mit 2 Widerständen > an den Enden. Das ist klar, das hier ist ja die Entwicklervariante, da habe ich Feinheiten noch nicht drin. Wenn ich 4,15 Volt als Zellenschlussspannung wähle, bin ich vermutlich auch mit dem A-Typ noch innerhalb der Toleranz des Akku. Lothar Miller schrieb: > Hast du mal eine U-I-Kennlinie aufgenommen? Wie sieht die aus? Nur grob. Wenn ich über die Gesamt Schaltung messe mit einem auf 4,3 Volt gestellten Labornetzteil, sieht es so aus als ob der Ladestrom tatsächlich ab 4,15 Volt Zellenspannung rapide vom Transistor übernommn wird, in die Zelle fliesst dann nichts mehr. Ab ca. 4,2 V ist der Ladestrom gleich null.
> > Trennst du den Balancer direkt nach dem Laden ? > Sollte ich? Weil sonst die Akkus nach wenigen Tagen nicht nur entladen, sondern tiefentladen wären. Daher bat man das normalerweise nicht so, sondern uA-stromsparend.
MaWin schrieb: > Weil sonst die Akkus nach wenigen Tagen nicht nur entladen, sondern > tiefentladen wären. Naja, es geht hier ja nicht um popelige Handyakkus, sondern um Zellen der 4-8Ah Klasse, wie z.B. RC-Flug/Fahrakkus oder Notebookzellen. Eine 4000mAh Zelle könnte die 2 mA also locker 1000-1500 Stunden liefern, inklusive Reserve. Aber wie oben schon gesagt, der TL431 käme ja auch mit einem hochohmigeren Poti klar, ein z.B. 22k Poti erhöht das schon auf 10000 Stunden.
Frage: Näme man Ube mit zB 0,6V an und die Spannung an der Basis mit 4,2V-Ube, würde dann nicht auch ein Strom von ca. 1,2mA - 1,3mA über R3 und VR1 fließen? (Zusätzlich zum Strom durch den Spannungsteiler) Oder liege ich hier komplett falsch?
Norbert schrieb: > Oder liege ich hier komplett falsch? Nö, das ist schon richtig, bezieht sich aber nur auf den Fall, das die Zellenschlussspannung von 4,2 Volt auch schon erreicht ist. In diesem Fall leitet ja VR1 und steuert Q1 durch, der dann den Ladestrom vom Akku fernhält, bzw. übernimmt. Im normalen Ladefall unter 4,2 Volt sperrt die ganze Schaltung bis auf den Querstrom durch das Poti.
OK, ich hatte den irgendwo weiter oben genannten Einwand so verstanden, das die Spannungsversorgung irgendwann nach Ladeschluss abgenommen, jedoch die Balancer Schaltung an den Akkus verbleibt. Dann würden die Zellen über das Poti und über R3-VR1 entladen. Während des Ladens sind die paar mA natürlich völlig uninteressant.
Norbert schrieb: > Dann würden die Zellen über das Poti und über R3-VR1 entladen. Sobald die Spannung der Zelle unter die 4,2 V fällt, sperrt VR1. Da dann nur noch der Querstrom durch das Poti fliesst, kann man bei entsprechender Potiwahl (22k-100k) den Balancer auch dranlassen. Eine LiIon/LiPo Kette nimmt man ja typisch nicht für lowcurrent Aufgaben wie RTCs oder SRAM Puffer, sondern um da Strom rauszuziehen. (Im Pufferfall braucht man ja auch keinen Balancer). Für mich ist es also uninteressant, ob der Akku durch den Balancer nach 10000h (ca. 316 Tage) oder 40000h (mehr als 3 Jahre) entladen wäre.
Matthias Sch. schrieb: > Sobald die Spannung der Zelle unter die 4,2 V fällt, sperrt VR1. Und das ist mir unklar. Wird denn die Spannung an der Basis Q1 nicht um die Durchlassspannung der Q1be niedriger eingestellt? Also zB. auf ca. 3,6V? Nur dann würde Q1 doch bei ca. 4,2V zu leiten beginnen und so die Ausgangsspannung per Shuntregelung halten. Näme man nun die Stromversorgung weg, so würde das aber bedeuten das VR1 bei (Akku)Spannungen >3,6V und <4,2V noch Strom durchließe. Trotzdem, die Schaltung gefällt mir, ich muß das mal simulieren... ;-)
Norbert schrieb: > Und das ist mir unklar. Wird denn die Spannung an der Basis Q1 nicht um > die Durchlassspannung der Q1be niedriger eingestellt? Also zB. auf ca. > 3,6V? Ja, aber eben nur dann, wenn die Spannung am Poti R2 4,2V hat. > Näme man nun die Stromversorgung weg, so würde das aber bedeuten das VR1 > bei (Akku)Spannungen >3,6V und <4,2V noch Strom durchließe. Nein, denn der TL431 sperrt, wenn die Spannung an seinem ADJ Eingang kleiner als 2,5V wird. Und damit sperrt auch der Transistor...
OK, Danke an Alle für die Erläuterungen. Ich bin leider von einer falschen Annahme ausgegangen. Was wieder einmal beweist: Nicht annehmen sondern nachprüfen. Hab mir gerade das (Fairchild)Datenblatt angeschaut und auch die Schaltung in Fig.12 wiedergefunden. Das Block Diagram brachte sozusagen die Erleuchtung. ;-)
Interessant ist vieleicht noch der Fall, daß der Transistor überlastet wird und durchlegiert. Was dann? Massiver Kurzschluss der Zelle und Abbrand?
Udo Schmitt schrieb: > Interessant ist vieleicht noch der Fall, daß der Transistor überlastet > wird und durchlegiert. Davor ist natürlich keine einzige Schaltung gefeit (auch kein anderer Balancer). Da aber der empfindlichste Teil eines Transistors seine BE Strecke ist, besteht eine gute Chance, das nur diese 'durchlegiert'. > Massiver Kurzschluss der Zelle und Abbrand? Die Zellen sind zwar ohne die üblichen Sicherheitsmassnahmen im Schaltbild gezeigt, aber haben im Normalfall (RC-Akku/Notebook) sowohl Thermo- als auch Überstromsicherungen.
Matthias Sch. schrieb: > Die Zellen sind zwar ohne die üblichen Sicherheitsmassnahmen im > Schaltbild gezeigt, aber haben im Normalfall (RC-Akku/Notebook) sowohl > Thermo- als auch Überstromsicherungen. Vorsicht: nur Akkupacks haben Schutz- und ggf Balancer-Schaltungen eingebaut. Die großen Rundzellen, welche man aus alten Laptop-Akkus ausbauen kann, kommen ohne jeglichen Schutz. Der sitzt nämlich auf der großen Leiterplatte an der Seite.
Matthias Sch. schrieb: > Die Zellen sind zwar ohne die üblichen Sicherheitsmassnahmen im > Schaltbild gezeigt, aber haben im Normalfall (RC-Akku/Notebook) sowohl > Thermo- als auch Überstromsicherungen. soul eye schrieb: > Vorsicht: nur Akkupacks haben Schutz- und ggf Balancer-Schaltungen > eingebaut. Wenn überhaupt. Z.B. haben RC-Akkupacks in den seltensten Fällen Schutzbeschaltungen. Immer genau drauf achten! Nur weils ein Pack ist, ist da nicht gleich eine Schutzbeschaltung dran. Bei Notebookakkus sieht das anders aus, da wird wohl eine dabei sein. Die Angst, dass die Dinger wie vor ein paar Jahren die Sony-Akkus, anfangen zu brennen und so große Schadensersatzforderungen an den Hersteller kommen, ist da denke ich mal zu groß. Zum Balancer: Interessante, platzsparende Idee, ich find da nur den Stromverbrauch zu hoch, selbst wenn es um Akkupacks der Größenordnung mehrerer Ah geht. Die Lagerfähigkeit wird sehr verringert. Den Poti zu vergrößern wird das Problem etwas beheben, aber unter 1mA verbrauch wirst du nicht kommen, da die Referenz mindestens 1mA benötigt. Besser wäre meiner Meinung nach ein Komparator mit Referenz, da gibt es welche mit extrem geringer Stromaufnahme. Dazu dann noch ein Spannungsteiler im Megaohm-Bereich und der Verbrauch liegt im µA-Bereich. Gruß Christian
Christian S. schrieb: > Die Lagerfähigkeit wird sehr verringert. Oh, es hindert dich niemand, den Balancer nach der Ladung abzuziehen, dann gibt es das ganze Problem nicht. Auch handelsübliche Notebook Packs sind nach einem halben Jahr leer, wenn man sie nicht zwischendurch lädt, für mich ist das also kein Nachteil. Und für RC Akkus ist es sowieso von Vorteil, wenn man die Ladeschaltung entfernt, schon aus Gewichtsgründen. Bei einem Poti von 100k und einem 7,4 Volt Pack fliesst da ein Reststrom von 74 µA - nicht wirklich viel. Da der TL431 am ADJ Eingang maximal ca. 2-3 µA zieht, könnte man das Poti sogar noch etwas hochohmiger gestalten. Aber im Threadtitel steht ja auch was von 'Entwicklungsidee', da ist also noch Potential für Ideen. > Z.B. haben RC-Akkupacks in den seltensten Fällen > Schutzbeschaltungen. Ich hab hier noch keines der 7,4 Volt Klasse ohne gehabt. Während der kleine Pfostenfeldstecker nicht über die Sicherung geht, ist der Leistungsausgang hier immer gesichert gewesen. Aber man kann ja immer eine Sicherung hinzufügen.
Christian S. schrieb: > Interessante, platzsparende Idee, Hmm, muss der Transistor wenn er bei voller Zelle dann durchregelt nicht bei einem Ladestrom von sagen wir zum Beispiel 2A 8,4W verbraten? Insofern ist dann Platzsparend relativ.
Matthias Sch. schrieb: > Ich hab hier noch keines der 7,4 Volt Klasse ohne gehabt. Und ich hab hier noch keinen 7.4V Akku mit gehabt ;) Kommt wohl drauf an, wo man die bezieht, die ich hier habe sind von Kokam, die haben keine. Wo sind deine her? Udo Schmitt schrieb: > Hmm, muss der Transistor wenn er bei voller Zelle dann durchregelt nicht > bei einem Ladestrom von sagen wir zum Beispiel 2A 8,4W verbraten? > > Insofern ist dann Platzsparend relativ. Soweit ich das weiss, sind viele Balancer so ausgelegt, dass sie den gesamten Ladestrom nicht vorbeiführen können, sondern nur einen geringeren Anteil. Dies kommt auch nicht vor, wenn der Akku von vorneherein mit einem Balancer geladen wird, da dann kurz vor Ladeschluss, d.h. während der C-U Phase gebalanced wird. Schließe ich natürlich einen Akku an, bei dem die Zellen schon weit auseinander gedriftet sind, kann das natürlich passieren, dass man den gesamten Ladestrom vorbeiführen muss, da muss dann ein anderer Balancer her. Gruß Christian
soul eye schrieb: > Die großen Rundzellen, welche man aus alten Laptop-Akkus ausbauen kann, > kommen ohne jeglichen Schutz Dochdoch, die haben normalerweise einen mechanischen Schutz. Schau mal unter dem Pluspol nach, oft ist da ein zusätzlicher Metalldorn verschweißt. Wenn die Zelle sich aufbläht, piekst der ein Loch in die Hülle, und der Druck kann entweichen... Zelle ist dann tot & Zimmer stinkt, aber besser als Anwender tot & Zimmer brennt.
Udo Schmitt schrieb: > Hmm, muss der Transistor wenn er bei voller Zelle dann durchregelt nicht > bei einem Ladestrom von sagen wir zum Beispiel 2A 8,4W verbraten? Nein, er verbrät ihn nicht, sondern leitet ihn zur nächsten Zelle durch. Vergesst nicht, das hier ist kein Ladegerät, sondern ein Balancer. Es liegt nach wie vor in der Verantwortung des Ladegerätes, die Gesamtschlussspannung der Kette einzuhalten, das wären bei z.B. 4 Zellen die 16,8 Volt, oder bei zwei Zellen 8,4 Volt. Wenn das eingehalten wird, fliesst im Zustand 'alle Zellen voll' gar kein Strom mehr.
Matthias Sch. schrieb: > Wenn das eingehalten wird, > fliesst im Zustand 'alle Zellen voll' gar kein Strom mehr. Schon klar, aber wenn in der letzten Minute vor dem Abschalten des Ladegeräts eine Zelle schon 4,2V hat, dann fällt an dem Transistor 4,2V ab und es fliessen durch ihn der volle Ladestrom, oder nicht?. Ich weiss nicht wie fliessend dieser Übergang ist, deshalb frage ich dumm.
Hier ein ähnliches Projekt: http://www.coolcircuit.com/project/lipo_charger/lipo_charger.html Und der Wandler für 12V: http://www.richard-dj1pi.de/Auto_Wandler_18V.jpg Ansonsten finde ich diese Schaltung nicht schlecht: http://doktor-baumgartner.com/spectra/balancer1.gif
"Der Lade Strom fließt hindurch" klingt mir auch recht milde. ;) Man könnte auch sagen: Die Zelle vollen Zellen werden um den Ladestrom wieder entladen und da kann schon ganz schön Leistung zusammen kommen... Aber das ist nur eine Ansichtssache... bloß die Leistung am Transistor bleibt die selbe... Daher haben andere Balancer auch einen Lastwiderstand der den Balancerstrom, auf ein paar 100 mA hält... das kann evtl. auch schlimmeres Verhindern, wenn der doch mal durch einen Fehler kurzgeschlossen ist...
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